Koleksi

Insinyur Mengembangkan Metode Pencetakan 3D Bahan Piezoelektrik

Insinyur Mengembangkan Metode Pencetakan 3D Bahan Piezoelektrik

Bahan piezoelektrik adalah keajaiban teknik kecil yang dapat ditemukan dalam segala hal mulai dari ponsel hingga kartu ucapan musik karena kemampuannya untuk menghasilkan muatan listrik sebagai respons terhadap tekanan mekanis yang diterapkan. Namun, mereka memiliki keterbatasan.

Bahan yang sangat berguna dan populer datang hanya dalam beberapa bentuk yang ditentukan. Selain itu, mereka terdiri dari kristal rapuh dan keramik yang membutuhkan ruang bersih untuk pembuatannya.

Sekarang, berkat teknik baru dari Virginia Tech, materi tersebut dapat dicetak 3D dengan cara yang tidak akan membatasi mereka berdasarkan bentuk atau ukuran.

Didesain secara bebas

"Bahan piezoelektrik mengubah tegangan dan tegangan menjadi muatan listrik," Xiaoyu 'Rayne' Zheng, asisten profesor teknik mesin di Fakultas Teknik, dan anggota Institut Inovasi Makromolekul, menjelaskan.

"Kami telah mengembangkan metode desain dan platform pencetakan untuk secara bebas mendesain sensitivitas dan mode operasional bahan piezoelektrik."

"Dengan memprogram topologi aktif 3D, Anda dapat mencapai hampir semua kombinasi koefisien piezoelektrik dalam suatu material, dan menggunakannya sebagai transduser dan sensor yang tidak hanya fleksibel dan kuat, tetapi juga merespons tekanan, getaran, dan benturan melalui sinyal listrik yang beri tahu lokasi, besarnya dan arah dampak di lokasi mana pun dari bahan-bahan ini. "

Tim Zheng merancang satu set topologi 3D yang dapat dicetak yang memungkinkan material menghasilkan gerakan muatan listrik sebagai respons terhadap gaya dan getaran yang masuk dari segala arah. Tidak seperti piezoelektrik sebelumnya di mana muatan listrik ditentukan oleh kristal intrinsik, metode baru ini memungkinkan pengguna untuk menentukan respons tegangan yang akan diperbesar, dibalik, atau ditekan ke segala arah.

Tim Zheng mencapai ini dengan memproduksi pengganti untuk kristal intrinsik yang meniru mereka sambil memungkinkan orientasi kisi diubah.

"Kami telah mensintesis kelas tinta piezoelektrik yang sangat sensitif yang dapat dipahat menjadi fitur tiga dimensi yang kompleks dengan sinar ultraviolet. Tinta tersebut mengandung nanocrystals piezoelektrik yang sangat terkonsentrasi diikat dengan gel sensitif UV, yang membentuk larutan - campuran seperti susu seperti kristal leleh - yang kami cetak dengan printer 3D cahaya digital resolusi tinggi, "kata Zheng.

"Kami dapat menyesuaikan arsitekturnya agar lebih fleksibel dan menggunakannya, misalnya, sebagai perangkat penghasil energi, membungkusnya di sekitar lengkungan yang sewenang-wenang," kata Zheng. "Kita bisa membuatnya tebal, dan ringan, kaku, atau menyerap energi."

Sensitivitas 5 kali lipat lebih tinggi

Bahan yang dihasilkan juga memiliki kepekaan 5 kali lipat lebih tinggi daripada polimer piezoelektrik fleksibel, memungkinkannya diproduksi dalam skala mulai dari selembar kain kasa tipis hingga balok yang kokoh.

"Kami memiliki tim yang membuatnya menjadi perangkat yang dapat dikenakan, seperti cincin, sol, dan memasangnya ke dalam sarung tinju di mana kami akan dapat merekam kekuatan benturan dan memantau kesehatan pengguna," kata Zheng.

"Kemampuan untuk mencapai sifat mekanik, listrik dan termal yang diinginkan akan secara signifikan mengurangi waktu dan upaya yang dibutuhkan untuk mengembangkan bahan praktis," kata Shashank Priya, wakil wakil presiden untuk penelitian di Penn State dan mantan profesor teknik mesin di Virginia Tech.


Tonton videonya: how to make piezoelectric generating shoes (Juli 2021).